TEKNOLOGI SISTEM GELOMBANG MIKRO YANG DI APLIKASIKAN SEBAGAI ALAT PEMASAK PADA MICROWAVE OVEN TIPE NNSM322M
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh DONI MK SIAHAAN NIM. 1105051013
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
INTISARI
Microwave oven adalah sebuah peralatan dapur yang menggunakan radiasi gelombang mikro untuk memasak atau memanaskan makanan. Panjang gelombang mikro pada microwave ini berkisar antara 1 millimeter sampai 1 meter dengan frekuensi 300 MHz sampai 300 GHz. Gelombang mikro ini berasal dari arus listrik bolak balik 220 V, 50 Hz, yang akan di ubah menjadi arus listrik searah. Kemudian komponen dalam microwave yaitu magnetron akan memanfaatkan arus searah untuk diubah menjadi gelombang mikro dengan frekuensi 300 MHz sampai 300 GHz. Gelombang mikro yang di hasilkan akan di serap oleh material dielektrik pada makanan yang akan saling bertabrakan sehingga makanan menjadi hangat,panas, dan masak.
Kata kunci : (Microwave oven, gelombang mikro, arus listrik).
ABSTRACT
Microwave oven is instrument in the kitchen, was used radiation from microwave to cooked or warmed the food. The product of microwaves length are range beetwen 1 millimeter until 1 meter with frequency 300 MHz until 300GHz. Microwave are source from AC (Alternative Current) electric 220V,50 Hz are change to DC (Dirrect Current) electric. Then the component in microwave oven is Magnetron will change the DC (dirrect current) electric to micowave with frequency 300 MHz until 300 GHz. Microwaves generated will be absorbed by the electrical material collide with each other so that the food will be warm, hot, and mature.
Keywords : (Microwave oven, microwave, electricity).
KATA PENGANTAR Puji syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan kasih Nya saya dan teman satu tim dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan segenap kemampuan dan pikiran yang kami miliki. Tugas akhir yang berjudul “Teknologi Sistem Gelombang Mikro yang di Aplikasikan sebagai
Alat Pemasak pada microwave oven tipe NN-
SM322M” ini disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, kami banyak mendapat bantuan dan bimbingan serta dorongan yang baik berupa material, informasi maupun administrasi dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini kami ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Idham Khamil, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Ir. Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan. 4. Ir. Suprapto, M.T., Dosen Pembimbing dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 5. Ir. Roket Angkasa, M.T., Dosen Pembimbing dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
vii
6. Ir. Isman Harianda, M.T., Dosen Wali kelas EN-6A. 7. Seluruh Staf Pengajar dan Staf Administrasi Politeknik Negeri Medan. 8. Seluruh Staf Teknisi Laboratorium Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 9. Kepada Ayahanda “Manangap Siahaan” dan Ibunda “Tambaria Pardede” tercinta, atas doa dan dukungan yang telah mereka berikan pada saya dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 10. Kepada saudara saya “ Minar afrita , Andry,Ade neni, Verina ” yang telah memberikan dukungan dan motivasi pada saya dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 11. Seluruh teman-teman seperjuangan EN-6A, EN-6B, EN-6C dan EN6D serta Adik – adik Junior Teknik Konversi Energi Mekanik. Pada penulisan laporan ini saya menyadari adanya kekurangan, untuk itu saya mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun sehingga bermanfaat dalam penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhirnya saya mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu saya dalam penyelesaian laporan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca sehingga menambah pengetahuan kita.
Medan, 26 Agustus 2014 Hormat Penulis,
Doni MK Siahaan
viii
DAFTAR ISI
Halaman SPESIFIKASI TUGAS AKHIR........................................................................ii LEMBAR PERSETUJUAN..............................................................................iii LEMBAR PENGESAHAN................................................................................iv INTISARI............................................................................................................v ABSTRACT........................................................................................................vi KATA PENGANTAR........................................................................................vii DAFTAR ISI........................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR..........................................................................................x DAFTAR TABEL...............................................................................................xi BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang........................................................................................1 1.2 Batasan masalah.....................................................................................2 1.3 Tujuan....................................................................................................2 1.4 Manfaat..................................................................................................2 1.5 Teknik pengumpulan data......................................................................3 BAB 2 DASAR TEORI 2.1 Microwave.............................................................................................4 2.1.1 Sejarah Pemanfaatan Microwave...........................................4 2.1.2 Radio sebagai Nenek Moyang Microve.................................5 2.1.3 The Physicits’ War Menandai Lahirnya Teknologi Microwave..............................................................................6
2.1.4 Microwave Pada Kehidupan Sehari-hari...............................7 2.2 Gelombang Elektromagnetik................................................................8 2.2.1. Polarisasi..............................................................................10 2.2.2. Poynting vector....................................................................11 2.3 Bumbung Gelombang (waveguide).....................................................12 2.3.1. Perilaku Dasar......................................................................12 2.3.2. Kecepatan grup dan kecepatan fasa.....................................17 2.4 Teori Operasi Microwave Oven...........................................................18 2.4.1. The Half-Wave Voltage Doubler.........................................20
BAB 3 PRINSIP KERJA MICROWAVE 3.1 Defenisi Microwave.............................................................................22 3.1.1. Struktur Microwave Oven....................................................22 3.2 Komponen-Komponen Microwave Oven...........................................24 3.2.1 Magnetron.............................................................................24 3.2.1.1 Prinsip Kerja Magnetron........................................27 3.2.1.2 Pengaruh Medan Magnet.......................................28 3.2.1.3 Fase-Fase Pada Magnetron....................................30 3.1.1.4 Transien Osilasi......................................................32 3.2.2 Waveguide............................................................................33 3.2.3 Microwave Stirrer.................................................................34 3.3 Prinsip Kerja Microwave.....................................................................34 3.4 Data spesifikasi Microwave Oven.......................................................36 3.5 Tipe Microwave Oven.........................................................................37 3.6 Dampak pemakaian Microwave Oven................................................37
BAB 4 DATA HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data dengan kondisi berbeban............................................................39 4.2 Instruksi Grounding............................................................................41 4.3 Petunjuk Peralatan...............................................................................42
BAB 5 PENUTUP 5.1 Kesimpulan..........................................................................................44 5.2 Saran....................................................................................................44 DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................xi LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Spektrum gelombang elektromagnetik.............................................4 Gambar 2.2 Rambatan gelombang elektromagnetik di ruang bebas..................10 Gambar 2.3 Sistem antena helical.......................................................................11 Gambar 2.4 Pola medan TE 10 dlam rectangular waveguide.............................13 Gambar 2.5 Pola zig-zag GEM dalam gelombang elektromagnetik...................14 Gambar 2.6 Paralel plane waveguide..................................................................15 Gambar 2.7 Diagram skematik waveguide..........................................................18 Gambar 2.8 Gelombang sinus 50 Hz...................................................................19 Gambar 2.9 Gelombang grafik sinus....................................................................20 Gambar 2.10 Gelombang grafik sinus..................................................................21 Gambar 3.1 Sebuah microwave oven...................................................................22 Gambar 3.2 Komponen - komponen microwave oven.........................................23 Gambar 3.3 Sanyo magnetron..............................................................................24 Gambar 3.4 Skema Magnetron.............................................................................25 Gambar 3.5 Penampang melintang anoda............................................................25 Gambar 3.6 Gambar bagian – bagian magnetron.................................................26 Gambar 3.7 Elemen – elemen pada magnetron....................................................27 Gambar 3.8 Gerakan elektron pada tabung magnetron........................................28 Gambar 3.9 Jalur elektron pada medan magnet yang berbeda.............................30 Gambar 3.10 Bidang frekuensi tinggi listrik .......................................................31 Gambar 3.11 Rotaring ruang charge dalam 12 rongga magnetron.......................32 Gambar 3.12 Jalur elektron tunggal dipengaruhi medan listrik............................32 Gambar 3.13 Elektron merah sebagai pembawa muatan......................................33 Gambar 3.14 Waveguide dalam microwave oven................................................33 Gambar 3.15 Microwave stirrer............................................................................34 Gambar 3.16 ilustrasi gelombang mikro yang menabrak molekul air..................35
xii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Perbandingan spektrum gelombang elektromagnetik.............................5 Tabel 3.1 Data spesifikasi microwave oven..........................................................38 Tabel 4.1 Tingkat kematangan kentang pada waktu 5 menit................................39 Tabel 4.2 Tingkat kematangan kentang pada waktu 10 menit..............................39 Tabel 4.3 Tingkat kematangan kentang pada waktu 15 menit..............................40 Tabel 4.4 Tingkat kematangan kentang pada waktu 20 menit..............................40 Tabel 4.5 Tingkat kematangan kentang pada waktu 25 menit..............................40 Tabel 4.6 Tingkat kematangan kentang pada waktu 30 menit............................. 41 Tabel 4.7 Petunjuk umum dalam memilih alat masak...........................................43
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Semakin berkembangnya zaman dari tahun ke tahun, semakin banyak juga teknologi yang berkembang. Perkembangan teknologi ini terjadi karena adanya hal – hal (masalah) yang membuat manusia untuk berpikir bagaimana untuk memecahkan atau meringankan masalah masalah tersebut. Selain itu teknologi dikembangkan untuk memudahkan manusia dalam hal pekerjaan atau pun kegiatan yang sedang di jalankan. Keberadaan gelombang adalah hal yang tidak dapat lepas dari kehidupan manusia. Sebagai contohnya, cahaya matahari dan bunyi. Cahaya matahari merupakan kumpulan gelombang transversal dengan bermacam - macam frekuensi dan amplitudo. Begitu pula dengan bunyi, bunyi yang kita dengar merupakan gelombang longitudinal yang terdiri dari rapatan dan renggangan. Semakin majunya pola pikir manusia mendorong terciptanya apilkasi yang memanfaatkan gelombang. Penerapan gelombang sebagai aplikasi ini dapat di temukan di kehidupan kita yaitu oven microwave sebagai alat memasak. Caranya dengan memanaskan makanan hingga suhu tertentu. Namun bagaimana mungkin gelombang dapat memasak makanan? Prinsip-prinsip fisika apa yang di gunakan pada oven microwave sebagai aplikasi penerapan gelombang? Hal inilah yang menjadi dasar ketertarikan kami memilih oven microwave. Pembuatan tugas akhir mengenai oven microwave ini dalam rangka menyelesaikan tugas akhir pada semester 6. Alasan kami memilih microwave ini adalah karena ketertarikan kami akan proses memanasnya sebuah benda karena dikenai gelombang mikro. Tidak hanya benda atau objek yang terkena langsung, sebuah objek yang di bungkus oleh aluminium foil ataupun berada dalam botol plastik juga biasa mengalami pemanasan. Ketertarikan kami juga pada sifat
1
pemanasan yang di hasilkan oleh microwave oven. Objek yang di panaskan misalnya,sebuah daging. Daging tersebut akan mengalami pemanasan tidak hanya pada bagian luar dari daging tetapi bagian dalamnya juga ikut panas.
1.2 Batasan Masalah Bataasan masalah yang di angkat
dalam laporan tugas akhir ini yaitu
bgaaimana proses pemanasan yang terjadi ketika kita memakai microwave oven. Perubahan energi yang terjadi dari listrik menjadi gelombang mikro dan memanfaatkan gelombang mikro ini sebagai alat memasak. Untuk memperjelas, ditentukan beberapa batasan masalah yang akan di bahas dalam tugas akhir ini, antara lain : 1.
Bagaimana konsep fisika yang digunakan pada microwave oven ?
2.
Bagaimana struktur dari microwave oven ?
3.
Bagaimana Prinsip kerja dari oven microwave?
1.3 Tujuan Adapun tujuan dalam penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Untuk mempelajari prinsip dasar fisika yang digunakan pada microwave oven. 2. Untuk mengetahui prinsip kerja (cara kerja) dari microwave oven. 3. Untuk memberikan infomasi mendasar kepada teman-teman mahasiswa mengenai microwave oven. 4. Diharapkan setelah membaca tugas akhir ini, teman-teman mahasiswa akan lebih mengerti tentang apa itu microwave oven, bukan hanya sekedar membaca saja.
1.4 Manfaat Adapun manfaat tugas akhir ini adalah untuk : 1. Bermanfaat bagi penulis dalam menambah wawasan ilmu pengetahuan terutama tentang pemanfaatan gelombang mikro. 2. Bermanfaat bagi pembaca yang ingin menambah pengetahuannya mengenai pemanfaatan gelombang mikro.
2
3. Menjadi bahan perbandingan mahasiswa yang akan menyusun tugas akhir mengenai gelombang mikro pada masa yang akan datang, khususnya mahasiswa teknik konversi energi.
1.5 Teknik Pengumpulan Data Adapun yang menjadi teknik pengumpulan data dari penulisan tugas akhir ini adalah : 1.
Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing yang membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
2.
Mencari referensi referensi dari buku di perpustakaan dan sumber – sumber lainnya.
3
